電界誘起エピタキシャル光重合法による新しい炭素ネットワークの構築と物性

• Project/Area Number: 14702018
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied materials science/Crystal engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 島田 敏宏 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教授 (10262148)
• Project Period (FY): 2002 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥29,510,000 (Direct Cost: ¥22,700,000、Indirect Cost: ¥6,810,000); Fiscal Year 2004: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000); Fiscal Year 2003: ¥11,570,000 (Direct Cost: ¥8,900,000、Indirect Cost: ¥2,670,000); Fiscal Year 2002: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
• Keywords: フラーレン / 光重合 / ポーラロン / time of flight / 移動度測定 / 薄膜相 / バルク相 / ペンタセン / 有機トランジスタ / C_<60> / フラーレン誘導体 / 電界誘起キャリヤ / 紫外光電子分光 / 電子エネルギー損失分光 / 有機薄膜 / 電界効果トランジスタ / 光電子分光 / 低次元物質 / ラマン

Research Abstract

本年度は、電界誘起光重合の機構が昨年度に電子の滞在密度がFET構造をとることにより増大することであることがあきらかになったことを踏まえ、光重合を含む有機半導体と光との相互作用についてさらに研究を行った。成果として
(1)有機半導体の移動度をtime of flight法で測定することが可能になった。
(2)バルクとほぼ同じ結晶構造を持つペンタセンのエピタキシャル膜の作成に成功した。
(3)フラーレン誘導体のエピタキシャル成長に成功し、化学合成したフラーレン誘導体で初めて光重合を発見した。
ことがあげられる。(1)については、これまで有機半導体の移動度の低さについて、粒界散乱、不純物散乱、分子内フォノン散乱、分子間フォノン散乱など様々な要因が考えられてきた。移動度の温度依存性を測定することが散乱機構の理解には不可欠であるが、粒界や不純物に起因するトラップにより可動キャリヤが減少するため薄膜での低温移動度測定は不可能であった。この点に関し、純度を上げた単結晶・液晶半導体について行われてきた過渡光電流を測定するtime of flight法を薄膜FETに適用することにより、トラップの影響をゲート電界によって除去して低温測定を行うことを試みた。測定系を工夫することによりペンタセンFETについての測定に成功し、低温で移動度が上昇することを薄膜で初めて見出した。すなわち、室温付近で無機物に比べ移動度が低いのは分子間フォノンの寄与によるものであり、弱い分子間力で結合した物質には本質的なものであるものであると考えられる。この結果は、分子設計や物質の選択に役立つと思われる。(2)(3)は、エピタキシャル重合体や単結晶に近い薄膜に対する精密な物性測定を可能にする土台となる。

Research Products

• [Journal Article] Accelerated photopolymerization and increased mobility in C_<60> field-effect transistors studied by ultraviolet photoelectron spectroscopy (2004)
  • Author(s): T.Shimada, T.Suetsugu, T.Miyadera, Y.Yamamoto, A.Koma, K.Saiki, K.Kudo
  • Journal Title: Appl.Phys.Lett. 84 Pages: 2439-2441
• [Journal Article] Band structure and molecular orientation of ultrathin epitaxial films of squaric acid (2004)
  • Author(s): T.Shimada, H.Taira, T.Miyadera, A.Koma, K.Saiki
  • Journal Title: J.Phys.Chem.B 108 Pages: 5329-5332
• [Journal Article] Molecular orientation and electronic structure of epitaxial bucky ferrocene ((Fe(C_<60>(CH_3)_5)C_5H_5) thin films (2004)
  • Author(s): T.Kaji, T.Shimada, H.Inoue, K.Saiki, Y.Kuninobu, Y.Matsuo, E.Nakamura, K.Saiki
  • Journal Title: J.Phys.Chem.B 108 Pages: 9914-9918
• [Journal Article] Controlling molecular motion on the surface by electric field gradient during molecular beam epitaxy of liquid crystal ultrathin films (2004)
  • Author(s): T.Shimada, M.Nagahori, A.Koma
  • Journal Title: Surf.Sci. 564
• [Journal Article] Photoinduced change in the Raman spectrum of buckyferrocene ((Fe(C_<60>(CH_3)_5)C_5H_5) (2004)
  • Author(s): T.Shimada, Y.Yamamoto, T.Kaji, K.Itaka, H.Koinuma, Y.Kuninobu, Y.Matsuo, E.Nakamura, K.Saiki
  • Journal Title: Solid State Commun. 132 Pages: 197-201
• [Journal Article] Morphological Change of C_<60> Monolayer Epitaxial Films under Photoexcitation (2004)
  • Author(s): Y.Yamamoto, H.Ichikawa, K.Ueno, A.Koma, K.Saiki, T.Shimada
  • Journal Title: Phys.Rev.B 70 Pages: 155415-155415
• [Publications] T.Miyadera, T.shimada, A.Koma: "Ultraviolet photoelectron spectroscopy of Accelerated photopolymerization and increased mobility in C60 a methyl-terminated Si(111) surface field-effect transistors studied by ultraviolet photoelectron spectroscopy"Surf.Sci. 526. 177-183 (2003)
• [Publications] Y.Kamimuta, A.Koma, T.shimada: "Electron spectroscopy of chemically synthesized ZnS clusters"Solid State Commun. 125. 581-585 (2003)
• [Publications] T.Shimada, T.Kaji, K.Saiki, A.Koma: "Interferometric microscopy observation of the initial stage of electrochemical crystal growth of (DMe-DCNQI) 2Cu"J.Cryst.Growth. 253. 351-356 (2003)
• [Publications] T.Shimada, Y.Yamamoto, K.Saiki, A.Koma: "Photo-assisted electrochemical deposition of cupper from a bathocuproin complex"Jpn.J.Appl.Phys. 42. L964-L966 (2003)
• [Publications] M.Kiguchi, M.Nakayama, K.Fujiwara, K.Ueno, T.Shimada, K.Saiki: "Accumulation and depletion layer thicknesses in organic field effect transistors"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. L1408-L1410 (2003)
• [Publications] R.Okada, T.Miyadera, T.Shimada, A.Koma, K.Ueno, K.Saiki: "Methyl-terminated Si(111) surface as the ultra thin protection layer to fabricate position-controlled alkyl SAMs by using atomic force microscope anodic oxidation"Surf.Sci.. 552. 46-50 (2004)
• [Publications] T.Shimada, T.Suetsugu, T.Miyadera, Y.Yamamoto, A.Koma, K.Saiki, K.Kudo: "Accelerated photopolymerization and increased mobility in c60 field-effect transistors studied by ultraviolet photoelectron spectroscopy"Appl.Phys.Lett. (in press).
• [Publications] T.Shimada, H.Taira, T.Miyadera, A.Koma, K.Saiki: "Band structure and molecular orientation of ultrathin epitaxial films of squaric acid"J.Phys.Chem.B. (in press).
• [Publications] 島田敏宏: "有機半導体の応用展開 谷口編 (分担執筆)"シーエムシー. 180-189 (2003)
• [Publications] T.Shimada, A.Koma: "Electron spectroscopy of C_<60> thin film FET structures"Jpn.J.Appl.Phys.. 41. 2724-2726 (2002)
• [Publications] T.Shimada, A.Koma: "Prospects of electron spectroscopy of working organic electronic device structures"ICICE Trans.Electron. E85-C. 1330-1331 (2002)
• [Publications] K.Ueno, H.Shirota, T.Kawamura, T.Shimada, K.Saiki, A.Koma: "Highly-stable passivation of a Si(111) surface using bilayer-GaSe"Appl.Surf.Sci.. 190. 485-490 (2002)
• [Publications] T.Miyadera, A.Koma, T.Shimada: "Ultraviolet photoelectron spectroscopy of methyl terminated Si(111)"Surf.Sci.. 526. 177-183 (2003)
• [Publications] Y.Kamimuta, A.Koma, T.Shimada: "Electron spectroscopy of chemically synthesized CdS clusters"Solid State Commun.. 125. 581-585 (2003)
• [Publications] T.Shimada, T.Kaji, K.Saiki A.Koma: "Interferometric microscopy observation of the initial stage of electrochemical crystal growth of (DMe-DCNQI)_2Cu"J.Cryst.Growth. (in press). (2003)